Baterai Oven Coke yang tidak dapat dipulihkan

Baterai Coke Oven Non recovery

Kokas metalurgi adalah bahan karbon keras yang diproduksi dalam proses 'destilasi destruktif' dari berbagai campuran batubara bitumen. Ini diproduksi oleh karbonisasi batubara pada suhu tinggi (sekitar 1100 derajat C) dalam atmosfer kekurangan oksigen dalam oven kokas.

Pembuatan kokas dengan memanaskan batu bara dalam kondisi kekurangan udara berawal pada awal revolusi industri ketika Abraham Darby menggunakannya dalam peleburan bijih besi pada tahun 1709 di Inggris. Cara pembuatan kokas pada awalnya sama dengan pembuatan arang, penimbunan batu bara dalam tumpukan bulat, pembakaran tumpukan, dan kemudian menutupi sisi dengan tanah liat. Ini meletakkan dasar untuk pembuatan kokas sarang lebah. Kemajuan bertahap mengarah pada pengembangan oven sarang lebah, gaung dan produk sampingan, yang berpuncak pada oven kokas regeneratif dengan pemulihan produk sampingan sekitar satu abad yang lalu.

Teknologi oven kokas non recovery telah muncul dari oven sarang lebah klasik yang memasok kokas sejak abad kedelapan belas untuk revolusi industri. Oven sarang lebah dioperasikan secara manual, dengan pemulihan panas kecil, hanya untuk memanaskan oven. Sekarang, oven non-pemulihan adalah konstruksi modern, dengan operasi yang sangat mekanis, dan otomatis pada tingkat tertentu. Gas yang dihasilkan oleh pembakaran bahan yang mudah menguap dikirim melalui bagian bawah dan selanjutnya dibakar untuk memanaskan bagian bawah dan samping oven.

Ada tiga proses yang terbukti untuk pembuatan kokas metalurgi. Ini adalah (i) oven kokas sarang lebah, (ii) oven kokas produk sampingan, dan (iii) oven kokas non-pemulihan. Ketika energi panas gas buang diperoleh kembali dalam bentuk uap maka oven kokas non pemulihan dikenal sebagai oven kokas pemulihan panas atau pemulihan energi. Dalam ketiga proses tersebut, oven biasanya dibangun berjajar, satu oven di samping yang lain dengan dinding yang sama di antara oven yang berdekatan. Deretan oven seperti itu disebut baterai. Baterai biasanya terdiri dari banyak oven, terkadang ratusan, berturut-turut.

Oven sarang lebah adalah ruang bata tahan api sederhana yang dibangun dengan atap melengkung sehingga bentuk di dalamnya seperti sarang lebah kuno. Coking sarang lebah sekarang merupakan proses yang sudah usang karena jumlah produksinya yang kecil dan jumlah polusi yang dihasilkannya sangat besar. Namun masih digunakan di tempat-tempat tertentu.

Dalam baterai oven kokas produk sampingan, batubara dikarbonisasi tanpa adanya udara karena baterai ini dioperasikan dengan tekanan positif di dalam oven. Proses pembuatan kokas dalam baterai oven kokas ini disebut pembuatan kokas produk sampingan karena gas sisa dikumpulkan dan dikirim ke pabrik produk sampingan tempat produk sampingan yang berbeda diperoleh kembali.

Dalam proses pembuatan kokas dalam oven non recovery, volatil yang terbentuk selama karbonisasi batubara tidak diperoleh kembali sebagai produk sampingan tetapi dibakar di dalam oven itu sendiri dengan adanya jumlah udara yang terkontrol dan panas volatil dari gas yang berkembang digunakan untuk kokas massa batubara menjadi kokas dan dengan demikian tidak diperlukan pemanasan eksternal. Panas dihasilkan oleh pembakaran bahan yang mudah menguap yang kemudian ditembus ke dalam massa batubara melalui radiasi dari atas oven dan juga secara konduksi. Tingkat panas yang lebih tinggi penting digunakan untuk memecah hidro-karbon yang berpotensi mencemari menjadi senyawa-senyawa penyusun yang mudah terbakar dan membakarnya sehingga menghindari polusi yang berpotensi berbahaya. Panas akibat pembakaran hanya sebagian dimanfaatkan selama proses dan keseimbangan panas dalam gas buang limbah dipulihkan untuk pembangkit energi.

Gas buang yang keluar dari oven kokas membawa sejumlah besar panas yang masuk akal selain beberapa bahan yang mudah terbakar. Karena tidak ada yang lain selain kokas yang diperoleh dari oven kokas yang menggabungkan teknologi ini, oven kokas disebut oven kokas non-pemulihan. Ketika bahan mudah terbakar yang ada dalam limbah gas dibakar dan panas yang dihasilkan bersama dengan panas yang masuk akal dari gas buang digunakan untuk produksi uap dan pembangkit listrik, oven kokas disebut oven kokas pemulihan panas atau oven kokas pemulihan energi.

Dasar untuk oven kokas non recovery dengan pemulihan panas adalah apa yang disebut 'oven Jewel-Thompson'. Oven ini dikembangkan pada tahun 1960 ketika tiga oven uji berhasil dibuat di Vansant, VA. Pada tahun 1972, 16 oven besar Jewel Thompson dibangun. Pabrik kokas non recovery pertama dengan pemulihan panas ditugaskan di Indiana USA pada bulan Maret 1998. Pabrik tersebut memiliki 268 oven dengan kapasitas 1,3 juta ton per tahun dan pembangkit listrik pemulihan panas dengan nilai 100 MW. Oven Jewel-Thomson berbentuk persegi panjang dengan luas tanah. Lapisan bata oven terdiri dari bahan tahan api silika.

Elemen kunci dari teknologi oven kokas non-pemulihan adalah (i) kokas diproduksi dengan memanaskan batu bara, dalam atmosfer yang terkendali, sehingga membebaskan bahan yang mudah menguap (gas dan uap air), (ii) gas dibakar di lingkungan yang 'pintar' cara menghasilkan panas untuk membuat kokas, (iii) kelebihan panas yang dihasilkan dalam proses digunakan untuk membangkitkan listrik, (iv) proses tidak mengandalkan pembakaran batu bara, hanya gas yang dibebaskan dari batu bara , (v) emisi gas rumah kaca dari proses tersebut adalah tipikal dari pembangkit listrik berbahan bakar gas sederhana, yaitu pembangkit yang menghasilkan uap yang melewati turbin.

Oven kokas non recovery menghasilkan kokas berkualitas untuk tanur sembur, kubah, dan tungku paduan besi dll. Oven ini berguna untuk mendapatkan kokas berkualitas tinggi untuk operasi tanur tinggi dengan injeksi batubara bubuk tinggi, di mana sifat kokas yang lebih baik diperlukan, atau untuk mendapatkan kualitas standar berdasarkan campuran dengan beberapa proporsi batubara non-coking.

Perbandingan dengan oven produk sampingan

Perbandingan pembuatan kokas dalam oven kokas produk sampingan dan oven kokas non-pemulihan ditunjukkan pada Gambar 1.

Gbr 1 Perbandingan oven kokas non recovery dengan oven kokas produk sampingan

Perbandingan berbagai parameter pembuatan kokas oleh oven kokas produk sampingan dan oven kokas non-pemulihan diberikan pada Tab 1.

Tab 1 Perbandingan oven produk sampingan dan oven non-pemulihan
Nomor Sl.	Parameter	Oven produk sampingan	Oven tanpa pemulihan
1	Tekanan oven	Sedikit positif	Sedikit negatif
2	Tinggi oven	Oven tinggi	Oven lebar horizontal
3	Bentuk bata	Angka besar	Beberapa angka
4	Supply panas	Eksternal melalui bahan bakar gas	Internal dengan pembakaran parsial volatil
5	Perpindahan panas	tidak langsung, horizontal, konduksi	Langsung, vertikal, radiasi dan konveksi dari atas dan konduksi tidak langsung dari bawah
6	Polusi	Tidak ramah lingkungan	Praktis tidak ada polusi
7	Biaya modal	Lebih tinggi	Turunkan
8	Energi	Kebutuhan energi lebih tinggi	Kebutuhan energi rendah
9	Biaya operasi	Lebih tinggi	Turunkan
10	Waktu konstruksi	Lebih panjang	Lebih pendek
11	Memulai	lambat	cepat
12	Batubara kokas	Pembatasan kualitas	Fleksibilitas tersedia
13	Produk sampingan	Angka besar	Tidak ada produk sampingan
14	Produk bersama	gas CO	Uap/Daya
15	Tekanan dinding	rentan	Tidak rentan
16	Suhu karbonisasi	Turunkan	Lebih tinggi
17	Hasil kokas	Lebih tinggi	Turunkan
18	kualitas Coke	Turunkan	Lebih tinggi
19	Ketenagakerjaan	terampil	Tidak begitu terampil
20	Pemeliharaan	Perawatan panas	Oven dapat didinginkan untuk pemeliharaan

Perbandingan diagram Sankey dari pabrik oven kokas produk sampingan dan konfigurasi pabrik oven kokas pemulihan panas diberikan pada Gambar 2.

Gambar 2 Diagram Sankey

Fitur desain dan konstruksi oven kokas non recovery

Ada beberapa desain yang tersedia untuk oven kokas non recovery. Fitur utama dari beberapa desain dijelaskan di bawah ini.

Oven kokas Jewel-Thompson –Ukuran ruang oven kokas biasanya berukuran panjang 14 m, lebar 3,5 m hingga 3,7 m, dan tinggi 2,4 m hingga 2,8 m. 40 ton sampai 50 ton batubara dibebankan per oven. Ketinggian pengisian khas adalah 1000 mm. Oven dibangun dengan 23 bentuk bata tahan api. Campuran batubara diisi melalui satu sisi, melalui apa yang disebut -pusher charger machine (PCM) yang bergerak di atas rel yang dekat dengan oven. Segera setelah pengisian, campuran batubara menyerap panas dari refraktori dan pembakaran bahan yang mudah menguap dimulai.

Di bawah atap oven, pembakaran sebagian bahan yang mudah menguap terjadi, di atas massa batubara. Segera setelah itu, gas disedot ke perapian oven, di mana lebih banyak udara dimasukkan untuk menyelesaikan pembakaran. Bagian depan kokas bergerak dari bawah dan dari atas, bergabung di suatu tempat di tengah. Tidak ada penumpukan tekanan yang terjadi seperti pada oven kokas produk sampingan, sehingga batubara volatil rendah dapat dicampur.

Temperatur, tekanan dan pembakaran dalam dikontrol di dalam oven. Waktu kokas adalah urutan 48 jam. Penarikan kokas dilakukan dengan PCM yang sama dengan yang digunakan untuk pengisian. Coke dipadamkan dengan air. Semua air yang digunakan untuk pendinginan kokas diperoleh kembali, dengan pengecualian kehilangan penguapan. Penampang oven kokas Jewell-Thompson ditunjukkan pada Gambar 3.

Gbr 3 Penampang melintang khas dari oven non-pemulihan  

Oven tanpa pemulihan yang dirancang oleh Cina – Orang Cina juga telah membangun, selain oven kokas standar horizontal pemulihan panas, oven non-pemulihan tipe vertikal. Mengenai oven horizontal, atap oven adalah struktur lengkung 120 derajat. Saluran masuk udara utama yang dapat disesuaikan dipasang secara merata di lengkungan, membentuk lapisan pelindung gas buang antara batubara dan zona pembakaran di atap oven. Empat lengkungan terkait digunakan di bagian bawah oven. Di dasar lengkungan, saluran masuk udara sekunder yang dapat disesuaikan dipasang untuk mendistribusikan udara di cerobong asap, untuk pembakaran lebih lanjut dari gas keluar untuk memanaskan bagian bawah oven. Buang asap di dalam dinding dan bawah dapat dikoordinasikan. Lapisan ventilasi antara dasar oven dan sol mencegah pelat dasar dari panas berlebih. Dinding utama dilengkapi dengan fasilitas pengatur hisap.

Pintu oven dibagi menjadi dua bagian, bagian atas dipasang dan bagian bawah dapat digerakkan, untuk mencegah kebocoran jelaga. Mereka dibuat dari besi tuang dan dilapisi dengan serat keramik.

Dimensi ruang karbonisasi baterai oven kokas pemulihan panas horizontal salah satu desain terdiri dari panjang 13.340 mm, lebar 3.596 mm, tinggi 2.758 mm dengan jarak pusat ke pusat 4.292 mm. Dimensi efektif dari coal cake adalah panjang 1.300 mm, lebar 3.400 mm, dan tinggi 1.100 mm. Massa jenis batubara muatan adalah 1,0 ton/cum hingga 1,5 ton/cum. Oven ini memiliki kapasitas pengisian batubara sekitar 50 ton dan memiliki waktu pemanggangan 72 jam.

Ada dua desain lagi yang tersedia. Dimensi chamber karbonisasi pada kedua desain ini terdiri dari panjang 13.334 mm dan 15.440 mm, lebar 3.598 mm dan 3.700 mm, tinggi 2.888 mm dan 2.693 mm dengan jarak antar chamber 4.530 mm dan 4.300 mm. Dimensi efektif dari coal cake adalah panjang 12.750 mm dan 14.850 mm, lebar 3.500 mm dan 3.600 mm, serta tinggi 1.050 mm dan 1.000 mm. Oven tersebut memiliki kapasitas pengisian batubara (pada basis kering) sebesar 42,393 ton dan 51,856 ton dan memiliki waktu pemanggangan masing-masing 72 jam dan 70 jam.

Baterai pemulihan panas oven coke vertikal pertama telah dibuat pada tahun 2002 di Cina. Dibandingkan dengan tipe horizontal, oven kokas ini membutuhkan lebih sedikit ruang dan biaya konstruksi 20% hingga 30% lebih sedikit. Lebih penting lagi, dikatakan bahwa pemisahan antara ruang kokas dan ruang bakar menghindari pembakaran kokas yang mungkin terjadi pada oven tipe horizontal. Panas hanya datang melalui refraktori, seperti pada baterai konvensional. Ada dua lapisan saluran pendingin udara di bagian bawah baterai. Suhu pondasi antara 100 derajat C sampai 150 derajat C, mencegah kegagalan. Dimensi dan fitur utama oven vertikal tercantum di Tab 2.

Tab 2 Parameter teknis oven kokas pemulihan panas vertikal
No. Sl.	Parameter	Satuan	Nilai
1	Ruang karbonisasi
	Tinggi	mm	3.200-4.830
	Panjang	mm	12.570-16.940
	Lebar rata-rata	mm	560
	Jarak pusat	mm	1.180
2	Berat muatan	ton	Sekitar 24
3	Kepadatan massal kue	t/cum	1.0-1.1
4	Waktu pemanggangan	jam	38
5	Jumlah oven	angka	4×35
6	Ketebalan dinding partisi	mm	100
7	Tebal sol oven	mm	1.182
8	Tinggi yang berguna	mm	2.800-4.400
9	Suhu tengah	derajat C	1.000 +/- 50
10	Mendorong berat kokas	ton	Sekitar 18
11	Keluar bensin	N cum/jam	350.000
12	Suhu gas keluar	derajat C	950 +/- 50

Desain oven kokas Sesa Goa – Oven kokas lebih sempit daripada oven kokas Jewell-Thompson. Hal ini memungkinkan untuk menggunakan lengkungan Romawi untuk atap. Oven dibuat dengan refraktori alumina, dan ini menyiratkan lebar yang lebih kecil. Oven ini memiliki panjang 10.760 mm dan lebar 2.745 mm. 21 nomor oven terhubung ke tumpukan. Oven dengan pengisian atas. Penggunaan refraktori alumina daripada refraktori silika adalah karena perilakunya yang lebih baik di bawah atmosfer pengoksidasi, ketahanan yang lebih baik terhadap kejutan termal dan perubahan volume yang lebih sedikit pada pendinginan, ketika ada beberapa penundaan dalam pengisian ulang oven. Oven dioperasikan dengan muatan batubara yang dipadatkan.

Desain Uhde – Dalam desain Uhde saat ini, oven kokas diberi cap. Tetapi mesin pengisi daya tidak masuk ke oven. Dimensi oven tersebut memiliki lebar 3,8 m dan panjang 15 m. Lapisannya terbuat dari batu bata silika. Terowongan untuk gas keluar berjalan secara lateral di bawah permukaan lantai oven, bukan di atas oven.

Oven kokas SJ 96 -Oven ini telah dikembangkan sendiri oleh Shanxi Sanjia dan dicirikan oleh berat muatan batubara yang luar biasa yaitu 120 ton. Oleh karena itu, diperlukan waktu pemasakan yang lama yaitu sepuluh hari dibandingkan dengan waktu pemasakan biasa selama 48 jam sampai 72 jam pada proses lainnya. Tinggi massa batubara adalah 1,8 m dan perataan dilakukan pada ketinggian 90 cm dan 180 cm. Pengisian dan pengosongan keduanya dilakukan secara manual dan dengan oven yang didinginkan. Temperatur berada pada urutan 1.200 derajat C di lapisan batubara atas dan 1.150 derajat C di lapisan batubara bagian bawah. Gas dibakar sepenuhnya di cerobong asap di bawah oven, dan suhunya digunakan untuk menghasilkan uap untuk pembangkit listrik.

Proses pembuatan kokas dalam oven non recovery

Dalam oven kokas non recovery, semua volatil dalam batubara dibakar di dalam oven untuk menyediakan panas yang dibutuhkan untuk proses pembuatan kokas. Oven beroperasi di bawah tekanan negatif. Udara pembakaran primer yang masuk melalui lubang di pintu oven, sebagian membakar bahan yang mudah menguap di ruang oven. Udara sekunder dimasukkan ke dalam satu-satunya cerobong asap, yang berjalan secara serpentin di bawah massa batubara. Desain cerobong asap dan kontrol aliran udara sehingga laju kokas menjadi seimbang baik di bagian atas dan bawah massa batubara.

Berbeda dengan proses kokas produk sampingan, di mana kokas dipanaskan secara tidak langsung dengan pembakaran gas di dalam cerobong pemanas di luar ruang oven, secara eksklusif, selama kokas non-pemulihan panas yang diperlukan ditransfer baik secara langsung maupun tidak langsung ke dalam ruang oven.

Batubara dibebankan ke lantai oven pada awal siklus. Proses karbonisasi dimulai dengan panas yang ada dari siklus karbonisasi sebelumnya. Pengisian batubara pada oven dilakukan melalui pintu samping pendorong yang terbuka. Sangat sering batu bara dicap sebelumnya, dan kemudian batu bara diisi ke dalam ruang oven panas. Level pengisian daya biasanya terletak pada 1.000 mm.

Gas oven kokas mentah yang dilepaskan sebagian dibakar di mahkota dengan penambahan udara sekitar melalui pintu oven dan gas melewati down-comer ke dalam cerobong pemanas yang terletak di sol oven. Sistem cerobong ini berada di bawah lantai oven dan di sini melalui suplai udara ambien lebih lanjut, pembakaran sempurna gas mentah terjadi pada suhu mulai dari 1.200 derajat C hingga 1.400 derajat C. Gas kemudian masuk ke terowongan afterburner di mana sisa gas yang tidak terbakar dioksidasi. Sistem terowongan afterburner mengarahkan gas panas ke generator uap pemulihan panas.

Di semua instalasi baru-baru ini, gas buang panas digunakan untuk menghasilkan energi, dan selanjutnya mengalami desulfurisasi sebelum dibuang ke atmosfer. Waktu pemanggangan bervariasi menurut jenis oven dan berkisar dari sekitar 48 jam hingga 72 jam tergantung pada desain oven kokas. Setelah waktu kokas selesai, kokas didorong keluar dan biasanya dipadamkan secara basah.

Karena tekanan negatif, di mana proses kokas berjalan, emisi dari kebocoran di pintu pada prinsipnya dihindari. Emisi debu yang terjadi selama coke mendorong habis melalui coke side shed. Sangat sering perangkat penghisap juga dipasang di sisi pendorong, untuk menangkap emisi yang disebabkan selama pengisian daya.

Teknik kontrol emisi selama pengisian, mendorong, dan pendinginan mirip dengan yang diterapkan pada oven produk sampingan.

Karena suhu yang dihasilkan, semua hidro-karbon beracun dan produk sampingan dari bahan yang mudah menguap dibakar di dalam oven. Gas panas melewati terowongan gas limbah ke generator uap pemulihan panas, di mana uap bertekanan tinggi diproduksi untuk keperluan pemanasan atau pembangkit listrik. Gas limbah dingin dibersihkan di pabrik desulfurisasi gas buang sebelum dibuang ke atmosfer. Diagram alir proses ditunjukkan pada Gambar 4.

Gbr 4 Diagram alir proses untuk oven kokas tanpa pemulihan

Manfaat oven kokas tanpa pemulihan

Berbagai manfaat oven non recovery termasuk (i) tidak diperlukan instalasi pengolahan air limbah, (ii) tidak ada pembuangan air limbah bersih karena semua air limbah digunakan dalam pendinginan kokas, (iii) fleksibilitas yang lebih tinggi tersedia dalam campuran batubara seleksi karena penghapusan batasan tekanan dinding, (iv) peningkatan kekuatan kokas dikaitkan dengan pemanasan yang lambat pada suhu yang lebih tinggi dan waktu perendaman yang lebih lama menyebabkan pertumbuhan kristal yang konsisten, (v) membutuhkan ruang yang lebih kecil jika dibandingkan dengan oven kokas dan pabrik produk sampingan, (vi) pabrik dapat dibangun dengan konstruksi modular, (vii) karena oven non-pemulihan bekerja di bawah tekanan negatif, hal itu menyebabkan udara ambien ditarik ke dalam oven kokas pada titik masuk yang tersedia dan dengan demikian menghilangkan emisi buronan, (viii) udara berbahaya polutan dihancurkan dalam oven oleh oksidasi termal, dan (ix) ada lebih sedikit titik kontrol proses.